次世代ハイブリッド車のバッテリーは
リチウムイオンが本命か？

　石油価格が高騰し、二酸化炭素排出の危険性に対する意識が高まるにつれ、自動車の燃費向上を消費者が強く求めるようになった。自動車メーカーはエネルギー効率の最も高い自動車の設計を模索する中で、電気自動車（EV）とハイブリッド車（HEV）に再び目を向けるようになった。米General Motors社の「EV-1」をはじめ、注目を集めながらも実用化には至らなかった1990年代後半のEVブームと違って、バッテリー性能はEVやHEVで必要となる高出力条件下の充放電レートに対する要求を満足できるところまできている。

図1　GM社のプラグインハイブリッド車のコンセプトカー「Chevy Volt」

熱暴走の危険性
　 リチウムイオンバッテリーは、ノートパソコン、携帯電話機、デジタル音楽プレイヤーなどのポータブル電子機器の高密度エネルギー・ストレージとして消費者に価値を認められている。たいていのリチウムイオンセルは正極材料にコバルトを使用することでエネルギー容量を最大限に高めている。しかし、残念ながらリチウム‐コバルトを使用した化学組成は可燃性が高く、大電流やセルの破裂により熱暴走を起こすことがある。まれな事例ではあるが、実際にリチウムイオンセルの故障が原因で米Dell社、米Apple社などが大規模なリコールに踏み切っている。
　 ノートパソコンとは異なり、車載バッテリーに求められる第一の特性は安全性である。ユーザーは携帯電話やノートパソコンのバッテリーパックが過熱して、まれに火災を起こしても何とか我慢できるが、EVに搭載された何十kWもの出力をもつバッテリーが起こす爆発事故の危険性は容認できるものではない。そのため、リチウムイオンコバルトバッテリーはエネルギー・ストレージの容量という点では魅力的だが、熱暴走の危険性があるため、EVやHEVの主流車種にはほとんど採用されていない。

正極材料にリン酸鉄を採用
　 米A123Systems社、米Valence Technology社、カナダMoli Energy社などのバッテリーメーカーは、正極材料にリン酸鉄を使用したリチウムイオンバッテリーの開発を進めている。リン酸鉄を使用したバッテリーは、コバルトを使わないことで高いエネルギー容量を放棄する代わりに、熱暴走を起こさず、大電流、高出力に対応できるようになった。トヨタ自動車の「プリウス」は、2003年10月に米国内で市場投入されて以来、路上で最もよく目にする代表的なHEVであり、バッテリーと内燃機関のどちらかで車輪を駆動する「パラレルハイブリッド方式」を採用している。実際には、バッテリーは主に加減速用パワーアシスト／ハーベスタとして作用し、電動走行だけでは2マイル（3.2km）程度しか車を走らせることができない。この種のHEVのバッテリー使用特性は、バッテリーをフル充電して長距離走行に使用するのではなく、充放電を頻繁に素早く行うため、エネルギー容量よりも出力に重点を置いたものとなっている。プリウスはニッケル水素バッテリーを採用しているが、これは2004年時点では急速な充放電サイクルを繰り返す用途には最適な化学組成だった。
　 GM社はプラグインHEV（PHEV）方式のコンセプトカー「Chevy Volt」を発表しており、電動走行だけの航続距離は40マイル（約64km）に達し、米国における自家用車の1日当りの平均走行距離をカバーできる。40マイルの電動走行を実現するため、Voltには約16kWのリン酸鉄を使用したリチウムイオンバッテリーを搭載している。一般的なバッテリーと同様に、リチウムイオンバッテリーは充電状態を示す「ウインドウ」の範囲内で最良の働きをする。すなわち、その理論的最大充電率まで充電した上で完全に放電するまで走行するのではなく、Voltの場合、毎晩ACプラグをコンセントに挿してその理論的最大充電率の80%まで充電し、30%まで電力を使用して40マイルの走行範囲を得る。バッテリーが30%まで放電すると排気量1000ccの内燃機関が始動するが、直接車輪に動力を伝えるのではなく、バッテリーの充電率を30%のレベルに維持するために発電するのだ。

トヨタの戦略は？
　 トヨタは新しいバッテリー技術開発に関して手をこまねいているわけではないが、GMほどにはリチウムイオンバッテリーを頼みにしているようには見えない。2007年に入ってから、2009年にリチウムイオンバッテリーを使用したHEVを市場投入すると発表したものの、その後リチウムイオンバッテリーの安全性に対する懸念から投入が2011年まで遅れることを明らかにしている。
　 トヨタは開発中のリチウムイオンバッテリーの化学組成の種類に関しては詳細を一切明らかにしていないが、安全性に問題があるということから、開発対象の化学組成のうち少なくとも1つはリチウムイオン−コバルトであると推測される。これは現在トヨタにハイブリッド車用バッテリーパックを供給している松下電器産業が得意とする分野でもある。
　 ただし、リチウムイオン−コバルトは出力を大きくするよりもエネルギーを貯える場合に強みを発揮するので、PHEV用バッテリーの開発に関してはトヨタはGM社ほどには進んでいない可能性がある。あるいはトヨタは新しいバッテリー技術への取り組みに関して極端に慎重な態度を取っているだけ、ということも考えられる。

（Margery Conner、EDNテクニカル・エディター）